正癸烷微纳米催化裂解流动传热实验研究

发布时间：2020-05-31 10:58

【摘要】：吸热型碳氢燃料在超临界条件下一方面具有物理吸热的作用,另一方面由于燃料吸收大量热量之后化学键断裂使得其吸热能力大大增强,因而广泛应用于超燃冲压发动机的再生主动冷却。燃料在非裂解温度区间的物理换热以及高温情况下的裂解产物的组成均对燃料的热沉有较大影响。催化剂的添加能够降低化学反应的活化能,因而可以使得燃料在低于热裂解温度的情况下发生裂解,并对裂解产物具有一定的选择性,因此吸热量更多;另一方面则纳米颗粒的添加可以在整个流动过程中增强湍流强度,强化换热。本文以正癸烷的催化裂解为主要内容,研究纳米ZSM-5分子筛在正癸烷流动换热过程中对传热和裂解的影响。本文利用正十二烷基三乙氧基硅烷对纳米ZSM-5进行表面修饰,获得亲油性纳米ZSM-5分子筛,并采用机械搅拌和超声分散的方式对纳米颗粒进行分散,获得正癸烷基悬浮稳定的纳米流体。由于ZSM-5分子筛的骨架结构主要为Si和Al的氧化物,并且为对比非催化纳米颗粒和催化纳米颗粒对正癸烷流动换热的影响分,因此本文中所用的纳米流体为ZnO-正癸烷,SiO_2-正癸烷,Al_2O_3-正癸烷和ZSM-5正癸烷。在非裂解温度区间进行四种纳米流体的超临界换热实验,研究不同纳米颗粒对正癸烷在非裂解温度区间换热的影响是否具有强化换热的作用和具有强化换热作用的纳米颗粒在不同浓度条件下对正癸烷换热的影响,获得最佳纳米流体的浓度,并对部分工况的结焦情况进行分析。最后根据Maxwell经典模型和团聚理论发展了具有分子吸附层的换热系数关联式。根据非裂解温度区间的换热效果选择合适的非催化纳米颗粒和催化纳米颗粒研究其在裂解温度区间对正癸烷换热和裂解的影响。包括非催化纳米颗粒在高温区间对正癸烷换热的强化作用和催化纳米颗粒对正癸烷的换热强化作用,裂解起始温度的降低,裂解产物的选择性,最终获得该温度区间最佳非催化纳米流体和催化纳米流体的浓度。针对纳米ZSM-5对正癸烷裂解换热的影响,因而将纳米ZSM-5-正癸烷的实验结果与相同浓度的微米ZSM-5-正癸烷和相同浓度纳米ZSM-5-环己烷的结果对比,分别研究其纳米效应对裂解的提高作用和对高温区的物理换热的强化作用。根据催化反应动力学分别发展了相应的关联式,将纳米ZSM-5在高温下的换热原理进行定性的阐述,为提高燃料热沉提供理论依据。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ511

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本文编号：2689750